Superaurinkomyrsky 14 373 vuotta sitten

Edouard Bardin (College of France) johtama tutkijaryhmä on onnistunut paljastamaan 14 373 vuotta sitten tapahtuneen erittäin voimakkaan aurinkomyrskyn. Näin vanhan aurinkomyrskyn määrittäminen vuoden tarkkuudella on harvinaista, sillä pitkän ajan määrittämisessä täytyy käyttää puiden vuosilustoja. Se ei tietystikään onnistu yhdestä ainoasta puusta, vaan määritettäviä puita täytyy olla samalta alueelta kymmeniä tai satoja. Säilyneitä puita on harvoin riittävää määrää yhdellä alueella ja riittävän pitkältä yhtäjaksoiselta ajanjaksolta.

Subfossiilistunut kanto Drouzet-joessa Rankan Alpeilla, joka on katkaistu vuosilustojen esille saamiseksi. Kuva Cécile Miramont (IMBE, Aix-Marseillen yliopisto).

Tutkittavat puut ovat havupuita, tässä tapauksessa Drouzet-joen yläjuoksulta Ranskan Alpeilta. Tältä alueelta on onnistuttu keräämään näytteitä 172 eri puusta, jotka ovat olleet jo osittain fossiilistuneita. Osittain fossiilistuneissa puissa on ollut edelleen riittävästi radiohiiltä (¹⁴C) eli hiilen radioaktiivista isotooppia.

Aurinkomyrskyissä syntyy hyvin energisiä protoneita (Auringosta peräisin oleva kosminen hiukkassäteily), jotka törmätessään maapallon ilmakehän atomeihin tuottaa uusia isotooppeja. Ilmakehän typestä (¹⁴N) syntyy hiiltä ¹⁴C, joka kulkeutuu muutamassa viikossa muun hiilen tapaan hiilimonoksidina ja hiilidioksidina kaikkeen orgaaniseen eloperäiseen ainekseen kuten puihin. Hiili sitoutuu puuhun, kunnes se kompostoituu (palaa) ja vapautuu takaisin ilmakehään. Radiohiilen puoliintumisaika on 5 700 ± 30 vuotta ja sitä voidaan käyttää ajoitukseen noin 60 000 vuoden aikajänteellä. Tätä pitempiä ajanjaksoja samoin kuin hiiltä sisältämättömien näytteiden ajoitukseen täytyy käyttää muita menetelmiä.

Erittäin voimakkaita aurinkomyrskyjä, joista nykyisin tunnetuin on Carringtonin tapahtuma, tapahtuu ehkä muutaman kerran vuosituhannessa. Kerätyssä datassa on tietoja mahdollisista aurinkomyrskyistä, joita kutsutaan Miyake-tapahtumiksi japanilaisen tutkijan Fusa Miyaken mukaan.  Vuonna 2012 hän julkaisi Naturessa tutkimusartikkelin, jossa kerrottiin japanin seetrin vuosilustoista tunnistettuja radiohiilipiikkejä vuosilta 7176 eaa, 5279 eaa, 660 eea, 774 eaa ja 993 eaa. Näiden lisäksi hän löysi vielä neljä mahdollista tapahtumaa vuosilta 12 350 eaa, 5410 eaa, 1052 eaa ja 1279 eaa.

Bardin johtama tutkimusryhmä on nyt vahvistanut Miyaken mahdollisesti löytämän aurinkomyrskyn vuonna 12 350 eaa omissa tutkimuksissaan. Tutkimusryhmä arvio tapahtuman olleen voimakkuudeltaan kymmenkertainen Carringtonin tapahtumaan verrattuna.

Tähtitieteilijät havaitsevat tähän mennessä kaukaisimmat nopeat radiopurskeet

eso2317 — Tiedejulkaisu 19. lokakuuta 2023

Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut kosmisten radioaaltojen etäräjähdyksen, joka kestää alle millisekunnin. Tämä "nopea radiopurske" (FRB) on kaukaisin koskaan havaittu. Sen lähde havaittiin Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Very Large Telescope -teleskoopin (VLT) avulla galaksissa niin kaukana, että sen valon saapuminen meille kesti kahdeksan miljardia vuotta. FRB on myös yksi energisimmistä koskaan havaituista; sekunnin murto-osassa se vapautti vastaavan määrän Auringon säteilemän kokonaisenergia määrää 30 vuoden aikana.

Havainnekuva kaukaisesta FRB havainnosta galaksienvälisestä avaruudesta. Kuva ESO.

FRB 20220610A -nimisen purskeen löytö tehtiin viime vuoden kesäkuussa australialaisen ASKAP- radioteleskoopin [1] avulla, ja se löi tutkimusryhmän aiemman etäisyysennätyksen 50 prosentilla.

"Käyttämällä ASKAPin radioteleskooppeja pystyimme määrittämään tarkasti, mistä purkaus tuli", sanoo Australian Macquarien yliopiston tähtitieteilijä Stuart Ryder ja tänään Science -lehdessä julkaistun tutkimuksen toinen johtaja. "Sitten käytimme [ESOn VLT:tä ] Chilessä etsimään lähdegalaksia [2] ja havaitsimme sen olevan vanhempi ja kauempana kuin mikään muu FRB-lähde, joka on löydetty tähän mennessä ja todennäköisesti pienestä sulautuvien galaksien ryhmästä."

Löytö vahvistaa, että FRB:itä voidaan käyttää galaksien välisen "puuttuvan" aineen mittaamiseen, mikä tarjoaa uuden tavan "punnita" maailmankaikkeutta.

Nykyiset menetelmät maailmankaikkeuden massan arvioimiseksi antavat ristiriitaisia ​​vastauksia ja haastavat kosmologian standardimallin. "Jos laskemme yhteen maailmankaikkeuden normaalin aineen määrän – atomien, joista me kaikki koostumme –, huomaamme, että yli puolet siitä, mitä siellä pitäisi olla tänään, puuttuu", sanoo professori Ryan Shannon, Swinburnen yliopistosta. Australiassa, joka myös johti tutkimusta. "Uskomme, että puuttuva aine piileskelee galaksien välisessä tilassa, mutta se voi vain olla niin kuumaa ja hajanaista, että sitä on mahdoton nähdä normaaleilla tekniikoilla."

”Nopeat radiopurskeet tunnistavat tämän ionisoidun materiaalin. Jopa lähes täysin tyhjässä avaruudessa he voivat "nähdä" kaikki elektronit, ja sen avulla voimme mitata, kuinka paljon tavaraa on galaksien välillä", Shannon sanoo.

Kaukaisten FRB:ien löytäminen on avainasemassa universumin puuttuvan aineen tarkan mittaamisen kannalta, kuten edesmennyt australialainen tähtitieteilijä Jean-Pierre ('J-P') Macquart osoitti vuonna 2020. "J-P osoitti, että mitä kauempana nopea radiopurske on, sitä hajaantuneempaa kaasu on galaksien välistä. Tämä tunnetaan nykyään Macquart-relaationa. Jotkut viimeaikaiset nopeat radiopurskeet näyttivät rikkovan tämän suhteen. Mittauksemme vahvistavat, että Macquart-suhde kattaa yli puolet tunnetusta maailmankaikkeudesta", Ryder sanoo.

"Vaikka emme vielä tiedä, mikä aiheuttaa nämä massiiviset energiapurkaukset, tutkimus vahvistaa, että nopeat radiopurskeet ovat yleisiä tapahtumia kosmoksessa ja että voimme käyttää niitä aineen havaitsemiseen galaksien välillä ja ymmärtämään paremmin universumin galaksien rakennetta", Shannon sanoo.

Tulos edustaa nykypäivän kaukoputkella saavutettavissa olevan rajan, vaikka tähtitieteilijöillä on pian työkalut havaita jopa vanhempia ja kauempana olevia purkauksia, paikantaa niiden lähdegalaksit ja mitata maailmankaikkeudesta puuttuvaa ainetta. Kansainvälinen Square Kilometer Array Observatory rakentaa parhaillaan kahta radioteleskooppia Etelä-Afrikkaan ja Australiaan, jotka pystyvät löytämään tuhansia FRB:itä, mukaan lukien hyvin kaukaiset, joita ei voida havaita nykyisillä laitteilla. ESO:n Extremely Large Telescope , Chilen Atacaman autiomaassa rakenteilla oleva 39-metrinen teleskooppi, tulee olemaan yksi harvoista teleskoopeista, jotka pystyvät tutkimaan purkausten lähdegalaksia vielä kauempana kuin FRB 20220610A.

Huomautuksia

[1] ASKAP-teleskoopin omistaa ja sitä käyttää Australian kansallinen tiedetoimisto CSIRO Wajarri Yamajin maassa Länsi-Australiassa.

[2] Ryhmä käytti ESO:n VLT: ssä FOcal Reducerilla ja matalan dispersion Spectrograph 2:lla ( FORS2 ), X-shooterilla ja High Acuity Wide-field K-band Imager ( HAWK-I ) -instrumenteilla saatuja tietoja. Tutkimuksessa käytettiin myös Havaijilla, Yhdysvalloissa sijaitsevan Keck-observatorion tietoja.

NASAn Psyche-luotain lähti kohti Psyche-asteroidia

NASAn Psyche-avaruusalus on matkalla samannimiseen metallipitoisen asteroidin kiertoradalle. Luotaimen lähtö onnisti suunnitelmien mukaisesti perjantaina 13.10. 2023 kello 17.19 Suomen aikaa SpaceX Falcon Heavy -raketilla laukaisualustalta 39A:lta NASAn Kennedyn avaruuskeskuksessa Floridassa.

Havainnekuva Psyche-luotaimesta saman nimisen asteroidin kiertoradalla. Luotain saa käyttövoimansa aurinkokennoista, joiden koko on valtava itse luotaimeen verrattuna. Tämä johtuu siitä, että asteroidin rata on sijoittunut pääasteroidivyöhykkeelle, jossa auringonsäteilyn voimakkuus on vain murto-osa siitä, minkä maapallo vastaanottaa. Kuvan NASA.

Luotaimessa on mukana NASAn Deep Space Optical Communications -teknologian kokeiluversio syväavaruuden laserviestintälaitteistosta, joka voisi tukea tulevia tutkimustehtäviä tarjoamalla enemmän kaistanleveyttä tiedonsiirtoon kuin perinteinen radiotaajuusviestintä.

Elokuussa 2029 avaruusalus asettuu Psyche-asteroidin kiertoradalle. Asteroidin halkaisija on 279 kilometriä ja se on ainoa metalliluokan asteroidi, jota on koskaan tutkittu. Psychen korkean rauta-nikkelimetallipitoisuuden vuoksi tutkijat uskovat, että se voi olla planetesimaalin osittainen ydin, varhaisen planeetan rakennuspalikka. Tavoitteena on tehdä havaintoja ja mittauksia 26 kuukauden ajan.

Kuuden vuoden 3,6 miljardin kilometrin matkansa Marsin ja Jupiterin väliselle pääasteroidivyöhykkeelle, Psyche tuottaa propulsiovoimansa aurinkosähköisesti. Työntövoima tuotetaan ksenonin varattuja ioneja kiihdyttämällä voimakkaassa sähkökentässä hyvin suureen nopeuteen. Näin syntyvä propulsiovoima on heikko mutta ionimoottorin käyttöaika on pitkä, joten suuri kokonaisimpulssi mahdollistaa suuret nopeudet ja erittäin tehokkaan ajoaineen käytön. Marsin ohituksella luotaimen lentonopeutta edelleen ja tarvittavan ajoaineen määrää saadaan näin vähennettyä.

Tehtävän ensimmäiset 100 vuorokautta on käyttöönottovaihe, jonka aikana tarkistetaan ja säädetään kaikki lentojärjestelmät. Erityisesti varmistetaan, että ionimoottori toimii suunnitellusti.

Luotaimessa on useita instrumentteja havainnointiin – magnetometri, gamma- ja neutronispektrometri sekä monispektrisen kuvannin (siis hyvin kehittynyt ja monitoimintoinen kamera) – joiden aktiivinen tarkistus alkaa noin kuuden viikon kuluttua. Tänä aikana kuvannin ottaa ensimmäiset kuvat kalibrointia varten kohdistettuna tavallisiin tähtiin ja tähtijoukkoon käyttäen useita eri valotuksia ja useilla eri suodattimia.  Psyche-tiimi julkaisee raakakuvat internetissä kaikkia nähtäväksi.

Ensimmäinen mahdollisuus käynnistää optisen viestintätekniikan kokeiluversio on odotettavissa noin kolmen viikon kuluttua, jolloin Psyche olisi noin 7,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta. Tämä on NASAn ensimmäinen suuren tiedonsiirtonopeuden optisen tai laserviestinnän testi Kuuta kauemmaksi. Testilaitteistolla ei kuitenkaan välitetä Psychen varsinaisen tehtävän aikana kerättyjä tietoja, vaan ne välittyvät tavallisina radioaaltoina Maahan.

Lisätietoja NASAn Psyche-lennosta on osoitteessa:

https://www.nasa.gov/psyche

 

NASAn ensimmäinen asteroidinäyte laskeutui

NASAn OSIRIS-REx-tiimin (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification and Security – Regolith Explorer) vuosien odotuksen ja kovan työn jälkeen asteroidi Bennusta kerätty kivi- ja pölykapseli on vihdoin Maassa. Se laskeutui sunnuntaina kello 17.52 Suomen aikaa Yhdysvaltain puolustusministeriön Utahin testi- ja harjoitusalueen kohdealueelle lähellä Salt Lake Cityä. OSIRIS-Rex lähti pitkälle matkalleen 8. syyskuuta 2016 ja asteroidin se saavutti joulukuun 3. vuonna 2018. Vuosina 2019 ja 2020 luotain havaitsi asteroidin pintaa, jotta tutkijat voisivat määrittää turvallisen ja mielenkiintoisimman näytteenottopaikan. Näyte otettiin lokakuun 20. päivänä 2020 ja paluumatkalle luotain lähti toukokuun 10. päivänä 2021.

 NASAn OSIRIS-Rex -operaation näytteenpalautuskapseli laskeutumisen jälkeen sunnuntaina 24. syyskuuta 2023 puolustusministeriön Utahin testi- ja harjoitusalueella. OSIRIS-Rex -luotain keräsi näytteen asteroidi Bennusta lokakuussa 2020. Kuva NASA/Keegan Barber.

Matkustettuaan miljardeja kilometrejä Bennulle ja takaisin OSIRIS-Rex -luotain irrotti näytekapselin kohti Maan ilmakehää kello 15.42 Suomen aikaa. Luotain oli tuolloin 102 000 kilometrin etäisyydellä Maasta – noin kolmannes etäisyydestä Maan ja Kuun välillä. Luotain jatko matkaansa maapallon ohi nimettynä uudelleen OSIRIS-APEX (OSIRIS–Apophis Explorer):ksi ja se saavuttaa asteroidi Apophisin vuonna 2029.

Näytekapseli saapui ilmakehään 12,36 km/s nopeudella kello 17.42, Kalifornian rannikolla noin 133 kilometrin korkeudessa. Laskeutuminen tapahtui 10 minuuttia myöhemmin laskuvarjon varassa.

Puolentoista tunnin kuluessa kapseli kuljetettiin helikopterilla harjoitusradalle sijaitsevaan halliin rakennettuun väliaikaiseen puhdastilaan, jossa se kytkettiin jatkuvaan typpivirtaukseen. Seuraavaksi Bennu-näyte – arviolta noin 250 grammaa – kuljetetaan avaamattomassa kanisterissaan lentokoneella NASAn Johnson Space Centeriin Houstoniin maanantaina 25. syyskuuta. Siellä tutkijat purkavat kapselin, ottavat ja punnitsevat näytteen, laativat luettelon kivistä ja pölystä ja jakaa palasia ajan myötä tutkijoille ympäri maailmaa.

Näytteen saattaminen "typpipuhdistukseen", kuten tiedemiehet sitä kutsuvat, oli yksi OSIRIS-REx-tiimin kriittisimmistä tehtävistä tänään. Typpi kaasun jatkuva virtaus näytesäiliöön läpi estää epäpuhtaudet ja jättää näytteen puhtaaksi tieteellisiä analyyseja varten.

Bennusta kerätyt näytteet auttavat tutkijoita maailmanlaajuisesti tekemään löytöjä ymmärtääkseen paremmin planeettojen muodostumista ja orgaanisten aineiden ja veden alkuperää, jotka johtivat elämään Maassa, sekä hyödyttävät koko ihmiskuntaa oppimalla lisää mahdollisesti vaarallisista asteroideista.

”Onnittelut OSIRIS-REx-tiimille täydellisestä tehtävästä – historian ensimmäisestä amerikkalaisen asteroidinäytteen noutamisesta – joka syventää ymmärrystämme aurinkokuntamme alkuperästä ja sen muodostumisesta. Puhumattakaan siitä, että Bennu on potentiaalisesti vaarallinen asteroidi ja näytteestä oppimamme auttaa meitä ymmärtämään paremmin minkä tyyppisiä asteroideja voi tulla tiellemme", sanoi NASAn johtaja Bill Nelson.

"Tänään on poikkeuksellinen virstanpylväs ei vain OSIRIS-REx-tiimille vaan koko tieteelle", sanoi Dante Lauretta, OSIRIS-RExin päätutkija Arizonan yliopistosta Tucsonista. ”Onnistunut näytteiden toimittaminen Bennusta maan päälle on yhteistyön kekseliäisyyden voitto ja osoitus siitä, mitä voimme saavuttaa, kun yhdistymme yhteiseen tarkoitukseen. Mutta älkäämme unohtako – vaikka tämä saattaa tuntua uskomattoman luvun lopulta, se on todellakin vasta toisen alkua. Meillä on nyt ennennäkemätön tilaisuus analysoida näitä näytteitä ja sukeltaa syvemmälle aurinkokuntamme salaisuuksiin."

Ilmassa ja maassa olevat tutka-, infrapuna- ja optiset instrumentit seurasivat kapselia sen laskeutumiskoordinaatteihin 58 × 14 km² alueella. Vastaanottoryhmä lähetettiin muutaman minuutin kuluessa kapselin sijaintiin tarkastamaan ja hakemaan se. Tiimi löysi kapselin hyvässä kunnossa kello 18.07 Suomen aikaa ja totesi sen lähestymisen olevan turvallista. Kapseli pakattiin noin 70 minuutissa turvallista kuljetusta varten alueen väliaikaiseen puhdastilaan.

Kaukaisin havainto galaksin magneettikentästä

eso2316fi — Tutkimustiedote 6. syyskuuta 2023.

Tähtitieteilijät ovat havainneet ALMA-teleskoopilla (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) galaksin magneettikentän niin kaukana, että sen valolta on kestänyt yli 11 miljardia vuotta saavuttaa meidät. Näemme galaksin sellaisena kuin se oli maailmankaikkeuden ollessa vain 2,5 miljardia vuotta vanha. Tutkimus antaa tähtitieteilijöille tärkeää tietoa siitä, miten oman Linnunratamme kaltaisten galaksien magneettikentät saivat alkunsa.

Tämä kuva esittää kaukaisen 9io9-galaksin magneettikentän suuntia ajalta, jolloin maailmankaikkeus oli vain 20 % nykyisestä iästään. Havainto on kaikkein kaukaisin galaksin magneettikentän havainto. Havainnot tehtiin ALMA-teleskoopilla (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array), jossa ESO on kumppanina. 9io9:n sisällä olevat pölyhiukkaset ovat jokseenkin linjassa galaksin magneettikentän kanssa, ja tästä johtuen ne emittoivat polarisoitunutta valoa, mikä tarkoittaa, että valoaallot värähtelevät ennemmin tiettyyn suuntaan kuin sattumanvaraisesti. Tähtitieteilijät pystyivät selvittämään ALMA:n polarisaatiohavainnoilla kohteen magneettikentän suunnan. Magneettikentän suunnat näkyvät kuvassa ALMA-kuvan päällä kaarevina viivoina.

Galaksi 9io9:n magneettisesti suuntautuneen pölyn lähettämä polarisoitunut säteily on äärimmäisen himmeää ollen vain noin yksi prosentti galaksin kokonaiskirkkaudesta. Tutkimusryhmää auttoi se, että vaikkakin 9io9 on hyvin kaukana meistä, niin kohteen kuva suurentui gravitaatiolinssinä tunnetun ilmiön vaikutuksesta. Tämä tapahtuu, kun kaukaisesta galaksista, tässä tapauksessa 9io9:stä, tuleva valo näkyy kirkkaampana ja vääristyneenä, kun etualalla olevan hyvin suuren kohteen gravitaatio taivuttaa valon kulkureittiä. Kuva: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J. Geach et al.

Monilla tähtitieteen kohteilla on magneettikenttä, olivatpa ne planeettoja, tähtiä tai galakseja. "Useat ihmiset eivät ehkä ole tietoisia siitä, että koko galaksimme ja muut galaksit ovat täynnä magneettikenttiä, jotka ulottuvat kymmenien tuhansien valovuosien etäisyyksille", sanoi James Geach, astrofysiikan professori Hertfordshiren yliopistossa, Isossa-Britanniassa, ja tänään Naturessa julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja.

"Tiedämme itse asiassa hyvin vähän siitä, miten nämä kentät muodostuvat, vaikka ne ovatkin varsin perustavanlaatuisia galaksien kehittymisessä", lisäsi Stanfordin yliopiston tutkija Enrique Lopez Rodriguez, joka myös oli mukana tutkimuksessa. Ei ole selvää, kuinka varhaisessa vaiheessa ja kuinka nopeasti galaksien magneettikentät muodostuvat, koska tähtitieteilijät ovat tähän mennessä tutkineet vain meitä lähellä olevien galaksien magneettikenttiä.

Geach ja hänen tutkimusryhmänsä ovat nyt käyttäneet ALMA:a, jossa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on mukana kumppanina, ja löytäneet kaukaisesta galaksista täysin kehittyneen magneettikentän, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin lähigalakseissa havaitut. Magneettikentän voimakkuus on noin tuhannesosa Maan magneettikentästä, mutta ulottuu yli 16 000 valovuoden päähän.

"Tämä löytö antaa meille uusia vihjeitä siitä, miten galaktisen mittakaavan magneettikentät muodostuvat", Geach kertoi. Täysin kehittyneen magneettikentän havaitseminen näin varhaisessa vaiheessa maailmankaikkeuden historiaa osoittaa, että koko galaksin alueelle ulottuvat magneettikentät voivat muodostua nopeasti nuorten galaksien vielä kasvaessa.

Tutkimusryhmä uskoo, että varhaisen maailmankaikkeuden voimakkaalla tähtienmuodostuksella olisi voinut olla merkitystä nopeuttamassa magneettikenttien kehitystä. Lisäksi nämä kentät voivat puolestaan vaikuttaa myöhempien tähtisukupolvien muodostumiseen. Yksi artikkelin kirjoittajista ja ESO:n tähtitieteilijä Rob Ivison sanoi löydön avaavan "uuden ikkunan galaksien sisäiseen toimintaan, koska magneettikentät ovat yhteydessä uusia tähtiä muodostavaan materiaan".

Tutkimuksessa ryhmä etsi kaukaisen galaksin 9io9 ^[1]  pölyhiukkasten emittoimaa valoa. Galaksit ovat täynnä pölyä, ja magneettikentässä sähkövarautuneet tai magneettiset hiukkaset pyrkivät asettumaan kentän suuntaisesti ja niiden lähettämä valo polarisoituu. Tämä tarkoittaa sitä, että valoaallot värähtelevät mieluummin tiettyyn suuntaan kuin satunnaisesti. Kun ALMA havaitsi ja kartoitti 9io9:stä tulevaa polarisoitunutta säteilyä, saatiin hyvin kaukaisen galaksin magneettikentän läsnäolo vahvistettua ensimmäistä kertaa.

"Mikään muu teleskooppi ei olisi pystynyt tähän", Geach sanoi. Toiveena on, että tämän ja tulevien kaukaisten magneettikenttien havaintojen myötä mysteeri siitä, miten nämä galaksien perusominaisuudet muodostuvat alkaisi selvitä.

 

Lisätietoa

[1] 9io9 löydettiin kansalaistiedeprojektin aikana. Brittiläisen BBC:n televisio-ohjelman "Stargazing Live":n katsojat olivat löydössä apuna. Vuonna 2014 yleisöä pyydettiin tutkimaan kolmena iltana miljoonia kuvia kaukaisten galaksien metsästämiseksi.